【Java & 数据结构】HashMap学习笔记
1. 什么是HashMap
HashMap采用Entry数组来存储key-value对，每一个键值对组成了一个Entry实体，Entry类实际上是一个单向的链表结构，它具有Next指针，可以连接下一个Entry实体。 只是在JDK1.8中，链表长度大于8的时候，链表会转成红黑树！
简单来说：
- HashMap是一种数据结构，表达得是键值对关系
- JDK1.7中：数组+链表
- JDK1.8中：数组+链表+红黑树
2. 数据结构分析
- 数组是用来确定桶的位置，利用元素的key的hash值对数组长度取模得到，查找效率O(1)；
- 链表是用来解决hash冲突问题，当出现hash值一样的情形，就在数组上的对应位置形成一条链表，查找效率O(n)；
- 红黑树是用来解决链表太长时查找效率低的问题，红黑树是平衡二叉树的一种，查找效率O(log n)。
3. Put和Get过程
Put过程：
- 对key的hashCode()做hash运算，计算index;
- 如果没碰撞直接放到bucket里；
- 如果碰撞了，以链表的形式存在buckets后；
- 如果碰撞导致链表过长(大于等于TREEIFY_THRESHOLD)，就把链表转换成红黑树；
- 如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性)
- 如果bucket满了(超过loadfactor*current capacity)，就要resize。
简单来说：按照数组–>链表–>红黑树–>扩容的顺序进行数据插入。
Get过程：
- 对key的hashCode()做hash运算，计算index;
- 如果在bucket里的第一个节点里直接命中，则直接返回；
- 如果有冲突，则通过key.equals(k)去查找对应的Entry。
4. 扩容机制
当发生哈希冲突并且size大于阈值（loadfactor*current capacity）的时候，需要进行数组扩容，扩容时，需要新建一个长度为之前数组2倍的新的数组，然后将当前的Entry数组中的元素全部传输过去（按照Put过程进行），扩容后的新数组长度为之前的2倍，所以扩容相对来说是个耗资源的操作。
为什么扩容是2的次幂?
HashMap的数组长度一定保持2的次幂，比如16的二进制表示为 10000，那么length-1就是15，二进制为01111，同理扩容后的数组长度为32，二进制表示为100000，length-1为31，二进制表示为011111。
- 保证得到的新的数组索引和老数组索引一致
- 会使得获得的数组索引index更加均匀
- 使得低位更加散列，任何一位的变化都会对结果产生影响
- 减小冲突概率，提高资源利用率
如果不是2的次幂，也就是低位不是全为1此时，要使得index=21，h的低位部分不再具有唯一性了，哈希冲突的几率会变的更大，同时，index对应的这个bit位无论如何不会等于1了，而对应的那些数组位置也就被白白浪费了。
5. JAVA HASHMAP的死循环
简单而言
HashMap不是线程安全的，若是并发的进行ReHash，可能因为种种巧合，使得在链表中出现环形链接，一旦进行Get操作，将陷入死循环。以下是来自coolshell的一个例子，详情请阅读原文。
正常的ReHash的过程
- 我假设了我们的hash算法就是简单的用key mod 一下表的大小（也就是数组的长度）
- 最上面的是old hash表，其中的Hash表的size=2, 所以key = 3, 7, 5，在mod 2以后都冲突在table[1]这里了。
- 接下来的三个步骤是Hash表 resize成4，然后所有的<key,value> 重新rehash的过程
并发下的Rehash
1）假设我们有两个线程。而我们的线程二执行完成了。于是我们有下面的这个样子。
注意，因为Thread1的 e 指向了key(3)，而next指向了key(7)，其在线程二rehash后，指向了线程二重组后的链表。我们可以看到链表的顺序被反转后。
2）线程一被调度回来执行。
先是执行 newTalbe[i] = e;
然后是e = next，导致了e指向了key(7)，
而下一次循环的next = e.next导致了next指向了key(3)
3）一切安好。
线程一接着工作。把key(7)摘下来，放到newTable[i]的第一个，然后把e和next往下移。
4）环形链接出现。
e.next = newTable[i] 导致 key(3).next 指向了 key(7)
注意：此时的key(7).next 已经指向了key(3)， 环形链表就这样出现了。
于是，当我们的线程一调用到，HashTable.get(11)时，悲剧就出现了——Infinite Loop。